DE102004019025A1

DE102004019025A1 - Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen und Riemenantriebsvorrichtung mit diesem

Info

Publication number: DE102004019025A1
Application number: DE102004019025A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kobe Tachibana; Hiroyuki Kobe Shiriike
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: US20040214674A1; KR20040092443A; JP2004324796A; JP4414673B2; KR101012544B1; CN1540183A; US7258639B2; DE102004019025B4; CN100543341C

Abstract

Ein reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen überträgt Kraft auf eine Riemenscheibe, wobei sein Riemenaufbau um die Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt. Zumindest ein die Riemenscheibe berührender Teil des Riemenaufbaus wird aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet, welche Ethylen-alpha-Olefin-Elastomer als Kautschukbestandteil enthält, aber im Wesentlichen keine kurzen Fasern enthält und welche gemessen mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95 aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft reibschlüssige Kraftübertragungsriemen für die Kraftübertragung, wobei ihr Riemenaufbau um eine Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt, und betrifft Riemenantriebsvorrichtungen mit diesen.

Serpentinenriemenantriebsvorrichtungen für die Kraftübertragung von einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors auf Zusatzeinrichtungen wie Servolenkung, Kompressor und Drehstromgenerator über einen einzelnen Keilrippenriemen werden verbreitet eingesetzt, um den Platz für einen Motorraum zu reduzieren. Unter diesen Umständen muss ein solcher Keilrippenriemen eine hohe Kraftübertragungskapazität aufweisen. Ferner muss der Keilrippenriemen auch zur Verwirklichung komfortablen Fahrverhaltens und für andere Zwecke eine hohe Geräuschlosigkeit während des Riemenlaufs aufweisen. Für diese Zwecke wird ein typischer Keilrippenriemen durch kurze Fasern verstärkt, die in einer die Riemenscheiben berührenden Kautschuk-Riemenunterbauschicht so eingemischt sind, dass sie in einer Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet sind und die kurzen Fasern von der Riemenfläche abstehen, um den Reibungskoeffizienten der Riemenfläche zu senken, was zu verringerter Geräuscherzeugung und verbesserter Abriebbeständigkeit führt.

Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 7-63242 offenbart ein Verfahren, bei dem eine aus Acrylnitril-Butadien-Hydrokautschuk hergestellte Rippenkautschukschicht eines Keilrippenriemens einen doppelschichtigen Aufbau aus Rippenuntergewebe und Rippenobergewebe aufweist, kurze Fasern in den Acrylnitril-Butadien-Hydrokautschuk, welcher das Rippenuntergewebe bildet, gemischt sind und im Wesentlichen in der Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet sind und ungesättigtes Carbonsäure-Metallsalz in den Acrylnitril-Butadien-Hydrokautschuk gemischt ist, welcher das Rippenobergewebe bildet. Diese Schrift beschreibt, dass das obige Verfahren einen langlebigen Keilrippenriemen zur Hand geben kann, der selbst bei Einsatz unter erschwerten Bedingungen, wie Umgebungstemperaturanstiegen, eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Abriebbeständigkeit und Dauerbiegefestigkeit aufweist und keine Probleme, wie Fehlfunktion aufgrund Abrieb, verursacht.

Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 2003-12871 offenbart einen Keilrippenriemen, welcher aus einer elastischen Aufbauschicht gebildet wird, welche eine Adhäsionskautschukschicht, in welcher ein Kord entlang der Riemenlängsrichtung eingebettet ist, und eine Kautschuk-Riemenunterbauschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass von der elastischen Aufbauschicht bestehend aus Adhäsionskautschukschicht und Kautschuk-Riemenunterbauschicht zumindest die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einem Vulkanisat aus einer Ethylen-α-Olefin-Elastomerverbindung besteht, der Ethylenanteil des Ethylen-α-Olefin-Elastomers 60 bis 75 Masseprozent beträgt, eine oder mehrere Arten kurzer Fasern von 0,5 mm bis 3 mm Länge als verstärkende Fasern in der Kautschuk-Riemenunterbauschicht enthalten sind und die Gesamtmenge der zugegebenen kurzen Fasern bei 10 bis 30 Massenteilen auf 100 Masseteile des Ethylen-α-Olefin-Elastomers ausmacht. Diese Schrift beschreibt, dass eine solche kurze Fasern enthaltende Kautschukzusammensetzung mit ausgezeichneter Auswalzbarkeit zumindest für die Kautschuk-Riemenunterbauschicht verwendet wird, wodurch ein Kraftübertragungsriemen großer Haltbarkeit mit ausgezeichneter Dauerbiegefestigkeit und Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Abriebbeständigkeit und Haftabriebbeständigkeit zur Hand gegeben wird.

Die kurzen Fasern zur Verwendung bei Keilrippenriemen werden durch Schneiden langer Fasern hergestellt und müssen einer Adhäsionsbehandlung unterzogen werden, um ihnen Adhäsionsvermögen gegenüber Kautschuk zu verleihen, was zu hohen Materialstückkosten führt. Dies ist einer der Faktoren gestiegener Riemenmaterialkosten.

Keilrippenriemen werden durch Ausüben von Wärme und Druck auf Materialien hergestellt, welche ein Rohkautschukfell, ein Gewebe und ein Kord umfassen, die um eine zylindrische Form gewickelt oder geschlungen werden. In diesem Fall wird als Rohkautschukfell, das einen Rippenkautschukteil eines Riemenaufbaus bildet, ein Rohkautschukfell verwendet, bei welchem kurze Fasern im Wesentlichen senkrecht zur Wickelrichtung um die zylindrische Form ausgerichtet sind. Ein solches Rohkautschukfell, bei welchem kurze Fasern in einer einzigen Richtung ausgerichtet sind, wird durch Ausziehen eines massiven, kurze Fasern enthaltenden Rohkautschuks zu Fellform mittels einer Kalanderwalze hergestellt. Bei dem so hergestellten Rohkautschukfell sind die kurzen Fasern in Längsrichtung des Fells ausgerichtet. Daher kann bei der Herstellung eines Keilrippenriemens das kurze Fasern enthaltende längliche Rohkautschukfell nicht in dieser Form verwendet werden, d.h. mit seiner Längsseite zur Wickelrichtung um die Form ausgerichtet, und muss durch Zuschneiden auf eine etwas kürzere Länge als die der Form und Wickeln um die zylindrische Form, wobei beide Schnittkanten zu beiden Seiten einer Reihe von Keilrippen kommen, verwendet werden. Auf diese Weise ist bei der Herstellung eines Keilrippenriemens der Schritt des Schneidens eines kurze Fasern enthaltenden gewalzten Rohkautschukfells erforderlich. Dies ist ein Faktor, der die Riemenherstellungskosten erhöht.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung trotz fehlender Verwendung eines kurze Fasern enthaltenden Kautschuks zur Hand zu geben.

Zur Verwirklichung der obigen Aufgabe ist die vorliegende Erfindung auf einen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen für die Kraftübertragung gerichtet, wobei ein Riemenaufbau desselben um eine Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein die Riemenscheibe berührender Teil des Riemenaufbaus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet ist, welche Ethylen-α-Olefin-Elastomer als Kautschukbestandteil enthält, aber im Wesentlichen keine kurze Fasern enthält und welche bei Messung mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95 aufweist.

Bei dem obigen Aufbau ist der Kautschukbestandteil der Kautschukzusammensetzung, welche den die Riemenscheibe berührenden Teil des Riemenaufbaus bildet, Ethylen-α-Olefin-Elastomer und der Kautschukbestandteil selbst hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Kautschukhärte. Daher weist die Riemenoberfläche einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf und ihr Reibgeräusch bei Berühren der Riemenscheibe kann auf einen niedrigen Wert verringert werden. Dadurch weist der Keilrippenriemen trotz fehlender Verwendung eines kurze Fasern enthaltenden Kautschuks eine ausgezeichnete Geräuschminderungsleistung auf.

Da im Wesentlichen keine kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht gemischt werden, können weiterhin die Materialkosten und die Fertigungskosten stark gesenkt werden.

Wenn kurze Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht gemischt werden, wird deren Kautschukhärte hoch und es können sich Risse von den Grenzflächen zwischen dem Kautschuk und den kurzen Fasern ausbilden, wodurch die Riemenlebensdauer aufgrund Biegeermüdung gesenkt wird. In der vorliegenden Erfindung erlaubt das Mischen von im Wesentlichen keinen kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht, dass der Keilrippenriemen trotz seiner hohen Kautschukhärte eine ausgezeichnete Dauerbiegefestigkeit aufweist. Da der Kautschukbestandteil der Kautschukzusammensetzung, welche den die Riemenscheibe berührenden Teil des Riemenaufbaus bildet, Ethylen-α-Olefin- Elastomer ist, weist der Kautschukbestandteil selbst eine hinreichende Festigkeit für die Konstruktion eines Riemens sowie eine ausgezeichnete Dauerbiegefestigkeit auf.

Bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen weist das Ethylen-α-Olefin-Elastomer vorzugsweise einen Ethylenanteil von unter 75% auf.

Bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen ist das Ethylen-α-Olefin-Elastomer, welches den Riemenaufbau mit der Riemenscheibe bildet, vorzugsweise mit einem organischen Peroxid vernetzt.

Der erfindungsgemäße reibschlüssige Kraftübertragungsriemen ist nicht sonderlich beschränkt, solange er Kraft auf eine Riemenscheibe überträgt, wobei der Riemenaufbau um die Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt, wie z.B. flankenoffene Keilriemen und Flachriemen, eignet sich aber besonders als Keilrippenriemen zur Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen.

Eine Riemenantriebsvorrichtung mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung kann durch mehrere Riemenscheiben und einen erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen, dessen Riemenaufbau um mindestens eine der mehreren Riemenscheiben gewickelt ist und diese berührt, konstruiert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen hervor.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Keilrippenriemens nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung.
2A zeigt Konstruktionsmaterialien des Keilrippenriemens und 2B zeigt den gesamten Aufbau des Keilrippenriemens.
3 zeigt die Anordnung einer Riemenantriebsvorrichtung für das Antreiben von Kraftfahrzeugzusatzeinrichtungen gemäß der ersten Ausführung.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Keilriemens nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung.
5 zeigt die Anordnung einer Riemenlauftestvorrichtung für einen Riemenhaltbarkeitstest.
6A und 6B sind Tabellen, welche den Aufbau von Testauswertungsriemen und Testauswertungsergebnisse zeigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungen unter Bezug auf die Zeichnungen eingehend beschrieben.
Ausführung 1
1 zeigt einen Keilrippenriemen B nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung.
Dieser Keilrippenriemen B umfasst einen Keilrippenriemenaufbau 10, einen in dem Keilrippenriemenaufbau 10 so eingebetteten Kord 16, dass er bei bestimmten Teilungen in der Riemenbreitenrichtung eine Spirale bildet, und ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 17, das zur Bedeckung der Rückflächenseite des Keilrippenriemenaufbaus 10 vorgesehen wird.
Der Keilrippenriemenaufbau 10 besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, bei welcher Ethylen-α-Olefin-Elastomer, wie z.B. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), mit einem Ethylenanteil von mindestens 60%, aber unter 75% als Kautschukbestandteil enthalten ist und der Kautschukbestandteil mit einem organischen Peroxid vernetzt ist. Der Keilrippenriemenaufbau 10 ist so aufgebaut, dass eine Adhäsionskautschukschicht 11 mit dem darin eingebetteten Kord 16 und eine darunter liegende Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 zu einem Stück geschichtet sind. Die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 dient als Teil für das Berühren einer Riemenscheibe, die innerhalb des Riemens angeordnet ist, und für das Übertragen von Kraft direkt auf die Riemenscheibe. Um sicherzustellen, dass der Riemen eine breite Kontaktfläche zur Riemenscheibe aufweist, ist die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 daher mit wulstartigen Rippen 13 versehen, die sich in der Riemenlängsrichtung erstrecken und in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind. Im Gegensatz zu den bekannten Keilrippenriemen sind weiterhin im Wesentlichen keine kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 eingemischt. Die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 hat gemessen mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95.
Der Kord 16 wird aus Zwirn aus Aramidfasern, Polyesterfasern oder dergleichen gebildet. Um dem Kord 16 ein Adhäsionsvermögen zum Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird der Kord 16 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in einer Resorcinolformaldehyd-Latex-Wasserlösung (nachstehend als eine RFL-Wasserlösung bezeichnet) und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Einweichbehandlungen in Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Das die Rückfläche verstärkende Gewebe 17 wird aus einem Gewebe wie z.B. Gewebe in glatter Bindung bestehend aus Kamm- und Schussgarnen gebildet. Um dem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 17 ein Adhäsionsvermögen zum Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird das Gewebe 17 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Kautschuklösungsbeschichtungsbehandlungen seiner Oberfläche, die mit dem Keilrippenriemenaufbau 10 in Kontakt kommt, und Trocknen unterzogen.
Da die Kautschukzusammensetzung der Kautschuk-Riemenunterbauschschicht 12, welche ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilrippenriemenaufbaus 10 ist, eine hohe Kautschukhärte aufweist, weist bei dem Keilrippenriemen B mit dem obigen Aufbau die Riemenoberfläche einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Da der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 bildenden Kautschukzusammensetzung Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten ist, kann ferner das Reibgeräusch des Keilrippenriemens B an der Riemenscheibe stark gesenkt werden. Daher weist der Keilrippenriemen B trotz der fehlenden Verwendung eines kurze Fasern enthaltenden Kautschuks eine sehr gute Geräuschminderungsleistung auf.
Da im Wesentlichen keine kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 eingemischt sind, können weiterhin die Material- und Fertigungskosten stark gesenkt werden.
Wenn kurze Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 gemischt werden, wird die Kautschukhärte hoch und es können sich Risse von den Grenzflächen zwischen dem Kautschuk und den kurzen Fasern ausbilden, wodurch die Riemenlebensdauer aufgrund Biegeermüdung gesenkt wird. In dieser Ausführung erlaubt jedoch das fehlende Einmischen von kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12, dass der Keilrippenriemen B trotz seiner hohen Kautschukhärte eine ausgezeichnete Dauerbiegefestigkeit aufweist. Zu dieser günstigen Eigenschaft trägt der Faktor bei, dass der Kautschukbestandteil der Kautschukzusammensetzung, welche die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 bildet, Ethylen-α-Olefin-Elastomer ist und dass der Kautschukbestandteil selbst eine hinreichende Festigkeit für die Konstruktion eines Riemens sowie eine ausgezeichnete Dauerbiegefestigkeit aufweist.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens für die Fertigung eines Keilrippenriemens B mit dem obigen Aufbau unter Bezug auf 2A und AB.
Die Fertigung eines Keilrippenriemens B erfolgt unter Verwendung einer Innenform, deren Außenumfang eine Formfläche für das Ausbilden der Riemenrückenfläche zu einer vorbestimmten Form aufweist, und einer Kautschukmanschette, deren Innenumfang eine Formfläche für das Ausbilden der Riemeninnenseite zu einer vorbestimmten Form aufweist.
Zuerst wird der Außenumfang der Innenform mit einem Gewebe 17' bedeckt, das ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 17 sein wird, und dann wird ein unvernetztes Kautschukfell 11b' für das Ausbilden eines Rückflächenseitenteils 11b einer Adhäsionskautschukschicht 11 um das Gewebe 17' gewickelt.
Dadurch wird ein Zwirn 16', der ein Kord 16 sein wird, spiralförmig um das Kautschukfell 11b' gewickelt, dann wird ein unvernetztes Kautschukfell 11a' für das Ausbilden eines Innenflächenseitenteils 11a der Adhäsionskautschukschicht 11 um das zwirnumwickelte Kautschukfell 11b' gewickelt und ein unvernetztes Kautschukfell 12' für das Ausbilden einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 wird dann um das Kautschukfell 11a' gewickelt. In diesem Zusammenhang wird kein mit kurzen Fasern vermischtes unvernetztes Kautschukfell als unvernetztes Kautschukfell 12' für das Ausbilden einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 verwendet. Daher wird ein durch Ausziehen eines massiven Rohkautschuks zu Fellform mittels einer Kalanderwalze oder dergleichen hergestelltes längliches Rohkautschukfell als unvernetztes Kautschukfell 12' so wie es ist verwendet, d.h. mit seiner Längsseite ausgerichtet zur Richtung, in der die Form umwickelt wird. Beim Wickeln jedes der unvernetzten Kautschukfelle 11b', 11a' und 12' überlappen deren Enden in Wickelrichtung nicht, sondern liegen aneinander an.
Danach wird die Kautschukmanschette auf das geformte Stück um die Innenform gegeben, sie werden in einen Formofen gegeben und die Kautschukmanschette wird dann mit hohem Druck radial nach innen gegen die Innenform gepresst, während die Innenform durch Dampf hoher Temperatur oder dergleichen erhitzt wird. Dabei wird der Kautschukbestandteil fluidisiert und gleichzeitig läuft eine Vernetzungsreaktion ab, so dass Adhäsionsreaktionen des Zwirns 16' und des Gewebes 17' an dem Kautschuk ablaufen. Dadurch wird ein zylindrischer Riemenwickel gebildet.
Dann wird der Riemenwickel von der Innenform genommen und in seiner Längsrichtung in mehrere Teile unterteilt. Danach wird der Außenumfang jedes Teils zur Bildung von Rippen 13 geschliffen.
Schließlich wird der in mehrere Teile unterteilte Riemenwickel, der am Außenumfang ausgebildete Rippen 13 aufweist, zu Stücken vorbestimmter Breite zerschnitten und jedes Stück wird umgedreht, wodurch ein Keilrippenriemen B erhalten wird.
3 zeigt die Anordnung einer Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 des Typs Serpentinenantrieb in einem Kraftfahrzeugmotor, welche den Keilrippenriemens B verwendet.
Diese Anordnung der Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 wird durch eine an einer obersten Position angeordnete Servolenkung-Riemenscheibe 31, eine unter der Servolenkung-Riemenscheibe 31 platzierte Drehstromgenerator-Riemenscheibe 32, eine links unter der Servolenkung-Riemenscheibe 31 positionierte Flachspannrolle 33, eine unter der Spannrolle 33 platzierte flache Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, eine links unter der Spannrolle 33 platzierte Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 und eine rechts unter der Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 platzierte Klimaanlagen-Riemenscheibe 36 gebildet. Von diesen Riemenscheiben sind alte mit Ausnahme der Spannrolle 33 und der Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, welche flache Riemenscheiben sind, Rippenriemenscheiben. Der Keilrippenriemen B ist um die Servolenkung-Riemenscheibe 31 gewickelt, um an seinen Rippen 13 Kontakt herzustellen, dann an der Spannrolle 33, um Kontakt an seiner Rückfläche herzustellen, dann in Folge an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 und der Klimaanlagen-Riemenscheibe 36, um Kontakt an seinen Rippen 13 herzustellen, dann an der Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, um Kontakt an seiner Rückfläche herzustellen, dann an der Drehstromgenerator-Riemenscheibe 32, um Kontakt an seinen Rippen 13 herzustellen, und kehrt schließlich zur Servolenkung-Riemenscheibe 31 zurück.
Da die Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 einen erfindungsgemäßen Keilrippenriemen B verwendet, weist sie eine sehr gute Geräuschminderungsleistung auf.
Ausführung 2
4 zeigt einen flankenoffenen Keilriemen C nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung.
Dieser Keilriemen C umfasst einen Keilriemenaufbau 40, einen in dem Keilriemenaufbau 40 so eingebetteten Kord 46, dass er bei bestimmten Teilungen in der Riemenbreitenrichtung eine Spirale bildet, und ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 47, das zur Bedeckung der Rückflächenseite des Keilriemenaufbaus 40 vorgesehen ist.
Der Keilriemenaufbau 40 besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, bei welcher Ethylen-α-Olefin-Elastomer, wie z.B. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), mit einem Ethylenanteil von mindestens 60%, aber unter 75% als Kautschukbestandteil enthalten ist und der Kautschukbestandteil mit einem organischen Peroxid vernetzt ist. Der Keilriemenaufbau 40 ist so aufgebaut, dass eine Adhäsionskautschukschicht 41 mit dem darin eingebetteten Kord 46, eine unter der Adhäsionskautschukschicht 41 liegende Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 und eine über der Adhäsionskautschukschicht 41 liegende Zugkautschukschicht 43 zu einem Stück geschichtet sind. Im Gegensatz zu bekanten Keilriemen sind weiterhin im Wesentlichen keine kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 eingemischt. Die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 hat gemessen mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95.
Der Kord 46 wird aus Zwirn aus Aramidfasern, Polyesterfasern oder dergleichen gebildet. Um dem Kord 46 ein Adhäsionsvermögen zum Keilriemenaufbau 40 zu verleihen, wird der Kord 46 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in einer RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Einweichbehandlungen in Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Das die Rückfläche verstärkende Gewebe 47 wird aus einem Gewebe wie z.B. Gewebe in glatter Bindung bestehend aus Kamm- und Schussgarnen gebildet. Um dem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 47 ein Adhäsionsvermögen zum Keilriemenaufbau 40 zu verleihen, wird das Gewebe 47 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Beschichtungsbehandlungen ihrer Oberfläche, welche mit dem Keilriemenaufbau 40 in Kontakt kommt, mit Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Da die Kautschukzusammensetzung der Kautschuk-Riemenunterbauschschicht 42, welche ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilriemenaufbaus 40 ist, eine hohe Kautschukhärte besitzt, weist bei dem Keilriemen C mit dem obigen Aufbau die Riemenoberfläche einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Da der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 bildenden Kautschukzusammensetzung Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten ist, kann daher das Reibgeräusch des Keilriemens C an der Riemenscheibe stark gesenkt werden. Daher weist der Keilriemen C trotz der fehlenden Verwendung eines kurze Fasern enthaltenden Kautschuks eine sehr gute Geräuschminderungsleistung auf.
Da im Wesentlichen keine kurzen Fasern in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 eingemischt werden, können weiterhin die Material- und Fertigungskosten stark gesenkt werden.
Andere Ausführungen
Zwar wurde in der ersten Ausführung ein erfindungsgemäßer reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen als Keilrippenriemen B und in der zweiten Ausführung ein flankenoffener Keilriemen C beschrieben, doch ist die Erfindung nicht auf diese Typen beschränkt und kann auch andere Arten, wie z.B. andere Arten von Keilriemen oder Flachriemen, einschließen.
Zwar wird in der ersten und zweiten Ausführung die den Riemenaufbau 10 bzw. 40 bildende Kautschukzusammensetzung durch Vernetzen von Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit einem organischen Peroxid erhalten, doch dies ist nicht einschränkend und es kann eine durch Vernetzen von Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit Schwefel erhaltene Kautschukzusammensetzung verwendet werden.
Nachstehend folgt eine Beschreibung von Testauswertungen von Keilrippenriemen.
Testauswertungsriemen
Es wurden die in den folgenden Beispielen 1 bis 11 gezeigte Keilrippenriemen hergestellt. Ihre Struktur wird ebenfalls in 6A und 6B gezeigt.
<Beispiel 1>
Als Beispiel 1 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführung hat und bei dem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Verwendung von EPDM mit einem Ethylenanteil von 58% als zugrundliegender Kautschukbestandteil und Mischen von 100 Masseteilen EPDM mit 75 Masseteilen Ruß (HAF: 40 Masseteile, FEF: 35 Masseteile), 14 Masseteilen Paraffinöl als Weichmacher, 1 Masseteil Stearinsäure, 5 Masseteilen Zinkoxid, 3 Masseteilen Antioxidans, 1,5 Masseteile Schwefel als Vernetzungsmittel, 4 Masseteilen Vulkanisationsbeschleuniger und 25 Masseteilen kurze Nylonfasern von 1 mm Länge erhalten wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug gemessen mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 85. Die Adhäsionskautschukschicht wurde ebenfalls aus einer Kautschukzusammensetzung, die EPDM als zugrunde liegenden Kautschukbestandteil enthielt, gebildet.
<Beispiel 2>
Als Beispiel 2 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführung hat und bei dem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Verwendung von EPDM mit einem Ethylenanteil von 60% als zugrunde liegender Kautschukbestandteil und Mischen von 100 Masseteilen EPDM mit 75 Masseteilen Ruß (HAF: 40 Masseteile, FEF: 35 Masseteile), 14 Masseteilen Paraffinöl als Weichmacher, 1 Masseteil Stearinsäure, 5 Masseteilen Zinkoxid, 3 Masseteilen Antioxidans, 1,5 Masseteile Schwefel als Vernetzungsmittel und 4 Masseteilen Vulkanisationsbeschleuniger erhalten wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 78. Die Adhäsionskautschukschicht wurde ebenfalls aus einer Kautschukzusammensetzung, die EPDM als zugrunde liegenden Kautschukbestandteil enthielt, gebildet.
<Beispiel 3>
Als Beispiel 3 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an FEF in Ruß 40 Masseteile betrug. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 80.
<Beispiel 4>
Als Beispiel 4 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an FEF in Ruß 60 Masseteile betrug. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 89.
<Beispiel 5>
Als Beispiel 5 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an FEF in Ruß 100 Masseteile betrug. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 95.
<Beispiel 6>
Als Beispiel 6 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 4 hat, wobei aber EPDM mit einem Ethylenanteil von 58% als zugrunde liegender Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht bildenden Kautschukzusammensetzung verwendet wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 87.
<Beispiel 7>
Als Beispiel 7 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 4 hat, wobei aber EPDM mit einem Ethylenanteil von 69% als zugrunde liegender Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht bildenden Kautschukzusammensetzung verwendet wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 89.
<Beispiel 8>
Als Beispiel 6 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 4 hat, wobei aber EPDM mit einem Ethylenanteil von 74% als zugrunde liegender Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht bildenden Kautschukzusammensetzung verwendet wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 91.
<Beispiel 9>
Als Beispiel 9 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 4 hat, wobei aber EPDM mit einem Ethylenanteil von 75% als zugrunde liegender Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht bildenden Kautschukzusammensetzung verwendet wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 95.
<Beispiel 10>
Als Beispiel 10 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 7 hat, wobei aber anstelle von Schwefel und einem Vulkanisationsbeschleuniger 2,5 Masseteile organisches Peroxid, das als Vernetzungsmittel dient, in die die Kautschuk-Riemenunterbauschicht bildende Kautschukzusammensetzung gemischt wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 89.
<Beispiel 11>
Als Beispiel 11 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführung hat und bei dem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Verwendung von Chloroprenkautschuk (CR) als zugrunde liegender Kautschukbestandteil und Mischen von 100 Masseteilen CR mit 100 Masseteilen Ruß (HAF: 40 Masseteile, FEF: 60 Masseteile), 5 Masseteilen Sebacinsäurederivat als Plastifizierungsmittel, 1 Masseteil Stearinsäure, 5 Masseteilen Zinkoxid, 3 Masseteilen Antioxidans und 4 Masseteilen Magnesiumoxid erhalten wurde. Die Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht betrug 80. Die Adhäsionskautschukschicht wurde ebenfalls aus einer Kautschukzusammensetzung, die CR als zugrunde liegenden Kautschukbestandteil enthielt, gebildet.
Testauswertungsvefahren
<Biegelebensdauer des Riemens>
5 zeigt die Anordnung einer Riemenlauftestvorrichtung 50 für die Haltbarkeitsauswertung von Keilrippenriemen B. Diese Riemenlauftestvorrichtung 50 umfasst Rippenriemenscheiben 51 und 52 großen Durchmessers mit einem Riemenscheibendurchmesser von 120 mm, die übereinander angeordnet sind (die obere ist eine Abtriebsriemenscheibe und die untere ist eine Antriebsriemenscheibe), und eine Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers mit einem Riemenscheibendurchmesser von 45 mm, die rechts der Rippenriemenscheiben großen Durchmessers und auf einer Höhe zwischen den Rippenriemenscheiben großen Durchmessers angeordnet ist. Die Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers ist so angeordnet, dass sie einen Riemenwickelwinkel von 90° bildet.
Mit jedem der Keilrippenriemen B der obigen Beispiele 1 bis 11 wurde ein Riemenlauftest durch Wickeln jedes Riemens um die drei Rippenriemenscheiben 51 bis 53, Ziehen der Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers zur Seite, um sie durch ein festgelegtes Gewicht von 834 N einer Last auszusetzen, und Drehen der unteren Rippenriemenscheibe 52, welche eine Antriebsscheibe ist, bei 4.900 U/min. in einer Atmosphäre von 23°C durchgeführt. Unter diesen Bedingungen wurde die Zeit ab Beginn des Laufs bis zum Versagen des Riemens als Biegelebensdauer des Riemens gemessen.
<Betrag des Abriebverlusts>
Für jeden der Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 11 wurde die Masse des Riemens nach 100 Stunden Lauf in dem obigen Riemenlauftest gemessen und mit der des gleichen Riemens vor dem Riemenlauftest verglichen, wodurch der Betrag des Abriebverlusts als Volumen berechnet wurde.
<Schalldruck>
Für jeden der Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 11 wurde das Gleitschlupfgeräusch des Riemens nach 300 Stunden Lauf in dem obigen Riemenlauftest gemessen.
Testauswertungsergebnisse
Die Testergebnisse werden in 6A und 6B gezeigt. Bezüglich der Auswertung kann Beispiel 1, bei welchem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einem kurze Fasern enthaltenden Kautschuk gebildet ist, ein Kriterium als Norm vorbekannter Technik sein.
Bezüglich 6A und 6B zeigen die Vergleiche der Beispiele 2 bis 5, die einen unterschiedlichen Anteil an FEF in Ruß aufweisen, dass ein größerer FEF-Anteil zu einer höheren Kautschukhärte führt, Beispiel 2 mit einer Kautschukhärte von 78 von der Riemenbiegelebensdauer liegt gleichauf mit Beispiel 1, weist aber einen höheren Schalldruck und einen größeren Abriebverlust als dieses auf, und Beispiel 5 mit einer Kautschukhärte von 95 hat einen niedrigeren Schalldruck und einen kleineren Abriebverlust als Beispiel 2, weist aber eine äußerst kurze Riemenbiegelebensdauer auf. Die Gründe für diese Ergebnisse werden darin vermutet, dass eine niedrigere Kautschukhärte zwar zu einem höheren Reibungskoeffizienten an der Riemenoberfläche und wiederum zu einem lauteren Reibgeräusch des Riemens an der Riemenscheibe führt, eine höhere Kautschukhärte aber zu einer geringeren Biegefestigkeit des Riemenaufbaus führt. Beispiel 3 mit einer Kautschukhärte von 80 und Beispiel 4 mit einer Kautschukhärte von 89 entsprechen vom Schalldruck her Beispiel 1, haben einen kleineren Abriebverlust als Beispiel 2 und die gleiche Riemenbiegelebensdauer wie Beispiel 1.
Vergleiche der Beispiele 4 und der Beispiele 6 bis 9, die einen unterschiedlichen Anteil an Ethylen in EPDM aufweisen, zeigen, dass ein größerer Ethylen-Anteil zu einer höheren Kautschukhärte führt, Beispiel 8 mit einem Ethylenanteil von 74% hat eine Kautschukhärte von 91 und eine längere Riemenbeugelebensdauer, einen niedrigeren Schalldruck und einen kleineren Abriebverlust als Beispiel 1 und Beispiel 9 mit einem Ethylenanteil von 75% hat eine Kautschukhärte von 95 und einen niedrigeren Schalldruck und einen kleineren Abriebverlust als Beispiel 1, hat aber eine äußerst kurze Riemenbiegelebensdauer.
Gemäß den obigen Ergebnissen wird erwogen, dass eine geeignete Kautschukhärte der Kautschuk-Riemenunterbauschicht bei mindestens 80, aber unter 95 liegt, um einen Keilrippenriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung und Riemenbiegefestigkeit zu erhalten. Zwar hängt andererseits ein geeigneter Ethylenanteil desselben von der Zusammensetzung des verwendeten Kautschuks ab, doch wird anhand der obigen Ergebnisse erwogen, dass ein Ethylenanteil von unter 75% bevorzugt ist.
Ein Vergleich der Beispiele 7 und 10, bei denen unterschiedliche Vernetzungsmittel verwendet werden, zeigt, dass Beispiel 7 unter Verwendung von Schwefel als Vernetzungsmittel eine gleichwertige Riemenbiegefestigkeit wie Beispiel 10 unter Verwendung eines organischen Peroxids als Vernetzungsmittel aufweist, dass aber das letztere einen niedrigeren Schalldruck und einen geringeren Abriebverlust als das erste aufweist. Daher wird erwogen, dass organische Vernetzungsmittel auf Peroxidbasis gegenüber Vernetzungsmittel auf Schwefelbasis bevorzugt sind, um einen Keilrippenriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung zu erhalten.
Beispiel 11, welches CR als Kautschukbestandteil der Kautschuk-Riemenunterbauschicht verwendet, hat eine geringere Kautschukhärte, einen höheren Schalldruck, eine kürzere Riemenbiegelebensdauer und einen stärkeren Abriebverlust als Beispiel 1. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei Bildung der Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus CR, das keine kurzen Fasern enthält, ein Keilrippenriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung und anderen erforderlichen Eigenschaften nicht verwirklicht werden kann.
Das Vorstehende offenbart und beschreibt lediglich veranschaulichende Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird mühelos anhand dieser Erläuterungen und der Begleitzeichnungen und Ansprüche erkennen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abweichungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen für die Übertragung von Kraft, dessen Riemenaufbau um eine Riemenscheibe gewickelt wird und diese berührt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein die Riemenscheibe berührender Teil des Riemenaufbaus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, welche Ethylen-α-Olefin-Elastomer als Kautschukbestandteil, aber im Wesentlichen keine kurzen Fasern enthält und welche bei Messung mit einem Durometer Typ A gemäßJIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95 aufweist.
Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ethylen-α-Olefin-Elastomer einen Ethylenanteil von unter 75% aufweist.
Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Riemenaufbau bildende Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit einem organischen Peroxid vernetzt ist.
Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemenaufbau ein Keilriemenaufbau ist.
Riemenantriebsvorrichtung, welche umfasst: – mehrere Riemenscheiben und – einen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen, dessen Riemenaufbau um mindestens eine der mehreren Riemenscheiben gewickelt ist und diese berührt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein die Riemenscheibe berührender Teil des Riemenaufbaus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, welche Ethylen-α-Olefin-Elastomer als Kautschukbestandteil enthält, aber im Wesentlichen keine kurzen Fasern enthält und welche gemessen mit einem Durometer Typ A gemäß JIS K6253 eine Kautschukhärte von mindestens 80, aber unter 95 aufweist.